Kraftelektronik - elektronikområdet som är förknippat med omvandling av elektrisk energi, dess styrning eller dess omkoppling utan kontroll (slå på och av) [1] :5 . Samtidigt är skillnaden mellan effekt och lågströmselektronik inte i styrkan på enhetens ström eller kraft (till exempel kan en sändare vara tusentals gånger kraftfullare än maskinens elektriska drivning). men i syftet - uppgiften med lågströmsteknik är att exakt återge signalformen vid den mottagande änden, medan energiförluster är av intresse i andra hand; När det gäller kraftteknik är den första uppgiften att minska energiförlusten under transmissionen. [2]
Funktionsprincipen för omvandlare inom kraftelektronik är baserad på periodisk på- och avkoppling av ventiler . [3] :14
Behovet av kraftelektronik uppstod efter uppkomsten av de första elkällorna i samband med behovet av att styra källornas strömmar och spänningar [1] :7 . Tillkomsten av transformatorer gjorde det möjligt att öka eller minska växelspänningen för konsumenten. Skapandet av elektroniska rör ( elektrovakuumdioder ) gjorde det möjligt att omvandla växelström till likström utan användning av elektriska maskinomvandlare [1] :8 . Utseendet på rörtrioder gjorde det möjligt att omvandla likström till växelström [1] :9 . Skapandet av kvicksilverventiler gjorde det möjligt att öka den omvandlade effekten och den använda spänningen. I slutet av 1950-talet kunde omvandlare arbeta vid spänningar upp till 1 kV och strömmar upp till 900 A [1] :10 , på 50- och 60-talen bemästrades produktionen av halvledarenheter : dioder, tyristorer. [1] :12
Två perioder kan särskiljas i kraftelektronikens historia: uppfinningen av kvicksilverventilen 1901 och utseendet på tyristorn 1958 - början på solid-state kraftelektronik. Nuförtiden handlar elektronik som regel om halvledare. [fyra]
Fram till nyligen var kiselkarbid (SiC) det enda alternativet för högspänningsenheter (över 600 V), där hög effektivitet, effekt, hastighet och driftstemperatur krävs. Av de nya materialen för halvledarmikroelektronik för integrerade kretsar och kraftelektronikprodukter är gruppen breda halvledare av störst intresse och först och främst galliumnitrid (GaN), SiC, galliumoxid Ga 2 O 3 , diamant . Och i samband med lösningen av tekniska problem för att få billigare GaN-Si- heterostrukturer med stor diameter och tjocklek, tränger galliumnitrid inte bara undan kiselanordningar, utan blir också ett alternativ till SiC i högspänningsapplikationer med hög effekt. Mångsidigheten med att använda GaN i högeffektshalvledare, IC:er och lysdioder gör det till det mest lovande bland nya material för mikroelektronik. [5] . Galliumnitrid är nu ett av de mest efterfrågade och lovande materialen inom modern kraftelektronik, enligt prognoser från ledande industrianalytiker kommer den genomsnittliga årliga tillväxttakten på den globala marknaden för kraftelektronik baserad på galliumnitrid 2022-2024 att vara 85 % . [6]
Ungefär en femtedel av den globala kraftelektronikmarknaden kontrolleras av välkända japanska företag som Mitsubishi Electric , Toshiba och Fuji Electric [7] .
De viktigaste typerna av elkonvertering är: